Contribution à l'étude de guides à la limite de diffraction couplés : les canaux des fibres microstructurées

Contribution to the study of the diffraction limited coupled waveguides : the chanels of the microstructured fibres

• Auteur / Autrice : Alin Marian Apetrei
• Direction : Juan Ariel Levenson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Optique et photonique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Canal trifolié

Réseau 2D

Méthode des éléments finis

Résumé

La thématique de ce travail sont les guides d'onde à la limite de diffraction à fort contrast d'indice entre le cœur et la gaine, afin de réduire la taille du cœur (qq. µm) tout en gardant le confinement du mode, jusqu'à la limite fondamentale où les effets nonlinéaires (NL) sont maximisés. Déjà proposées en pratique, les fibres microstructurées (MOF) étirées et les barreaux de silice sont courts (~ cm), cassants, difficiles à fabriquer et à manipuler et n'ont pas la possibilité de faire un réseau (essentiel pour les futures circuits de la nano-photonique intégrée). Nous avons proposé d'utiliser les canaux trifoliés de la gaine d'une MOF, où chaque ensemble de trois trous d'air adjacents forme un possible guide d'onde. En utilisant la microscopie optique en champ proche, nous avons démontré que ces canaux sont des guides d'onde à une longueur d'onde adéquate (λ=0,67µm), ayant des pertes à l'état de l'art. Après une étape intermédiaire où nous avons étudié le couplage par onde évanescente dans une MOF asymétrique à deux cœurs, nous avons conçu une fibre MOF multi-cœur de canaux trifoliés identiques, guidant à 1,55 µm. Nous avons démontré le guidage dans tous les canaux, avec des pertes à l'état de l'art ( 0,01 dB/mm/canal). Puis, nous avons démontré que les guides sont couplés entre eux, par l'obtention des cartes de sortie étendues sur toute la structure, après des injections ponctuelles. Puis, en calculant et comparant les écarts types des images de sortie CCD et de cartographie d'injection 2D, avec ceux des cartes des supermodes théoriques et de simulation de propagation, nous avons prouvé la forte efficacité du couplage entre tous les guides du réseau.

The general frame of this work are the diffraction limited coupled waveguides having a high index contrast between the core and the cladding, which ensures a strong mode confinement. Thus, one can reduce the core dimensions (~ µm) up to a fundamental limit that maximizes the nonlinear (NL) effects. The tapered microstructured fibres (MOF) and the silica rods are already used in practice, but they are short (~cm), fragile, the fabrication and the handling are difficult, and on cannot make an array (essential for the future integrated circuits of the nano-photonics). We proposed the use of the trefoil channels of the MOF cladding, where each group of three air holes forms a possible waveguide. Using the near field optical microscopy, we demonstrated these channels are indeed waveguides at an appropriate wavelength, having state of art losses. After an intermediate stage where we studied the evanescent coupling in an asymmetric two-core multimode MOF, we conceived a multi-core MOF of identical channels, guiding at λ=1,55 µm. We demonstrated the waveguiding in all the channels, with state of art losses (0. 01 dB/mm/channel). Then, by achieving spread output maps for single-channel injection, we demonstrated all the channels are coupled each other. Then, by quantifying and comparing the standard deviations of the CCD output images and the 2D injection mapping, with those of the maps of the theoretical supermodes and the propagation simulations, we proved the high coupling efficiency between all the waveguides.